江西鹰潭农田生态系统国家野外科学观测研究站
新闻公告鹰潭站在根际土壤线虫-解磷微生物网络结构和功能研究中取得进展
作者: 鹰潭站 更新时间: 2017-07-04
资源竞争和生物间捕食作用是生物群落物种组成和多样性演变的关键驱动力。已有的研究较多地揭示了土壤微生物之间的资源竞争和生态位分化，但对生物捕食影响微生物多样性和群落结构演变的作用机制仍缺乏研究，尤其缺乏在野外开放环境下的长期试验研究。线虫是土壤中最丰富的无脊椎动物之一，线虫捕食作用影响了微生物的数量和功能。在农田土壤中，不同培肥措施影响了土壤结构和孔隙、有机质和养分含量、水分和酸碱度的变化，必然影响线虫对微生物的捕食作用以及微生物的逃避作用，从而影响微生物的分布及其养分转化功能，这是调控土壤生物功能、提高农田养分利用效率的基础。我们在前期研究中已经发现，旱地红壤在长期有机培肥后，线虫对微生物的捕食作用促进了非根际土壤团聚体中的氮代谢（“正反馈”，Environ Microbiol, 2014；Soil Biol Biochem, 2015）、抑制了土壤的碳代谢（“负反馈”Soil Biol Biochem, 2013）。同样，线虫捕食可以通过改变解磷微生物群落结构从而影响土壤磷素的转化过程，然而在特殊的土壤微域中（根际-团聚体），不同培肥措施如何通过影响土壤物理和化学性质改变线虫-解磷微生物的网络结构和磷素转化功能仍不清楚。
鹰潭站孙波课题组针对中亚热带典型的贫瘠旱地红壤，基于长期有机培肥（猪粪）试验，结合高通量测序技术，发现长期培肥后根际微生物总量和解有机磷微生物数量显著增加，食细菌线虫通过对解磷微生物的捕食作用促进了碱性磷酸酶的活性，最终提高了红壤磷素的有效供应。其关键机制是食细菌线虫的优势属（原杆属Protorhabditis）通过对生物网络中的共有关键微生物（中慢生型根瘤菌属，Mesorhizobium）的捕食作用，增强了红壤有机磷的生物分解。利用结构等式模型分析表明，根际土壤大团聚体中微环境（有机质、全氮、pH）比中小团聚体更为适宜生物网络的形成，食细菌线虫的捕食作用不仅增加解磷微生物的丰度，也显著改变了解磷微生物的群落结构，导致线虫捕食对碱性磷酸酶活性的促进作用更强。为了验证线虫捕食的促磷机制，在红壤大、中、小团聚体中添加了相似丰度的原杆属线虫，证实了线虫捕食显著提高了解磷微生物的丰度和解磷功能。该研究结果在土壤微域尺度上，阐明了土壤线虫与微生物的协同分布特征对根际土壤磷素转化的生物驱动机制，为建立红壤生物培肥措施提供了的理论依据。这一成果得到了国家重点研发计划、中科院战略先导专项（B类）以及973项目的资助，发表于ISME Journal（Jiang et al., 2017, doi:10.1038 /ismej.2017.120）。
